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飛速發(fā)展中的3D打印

歐美克 2020-07-29 | 閱讀：1468

2019年,，全球3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到119.56億美元,，年增長(zhǎng)率為29.9%,；中國(guó)2019年3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模為157.47億元人民幣,，年增長(zhǎng)率為31.1%,。

自2011年以來(lái),，全球3D打印產(chǎn)業(yè)一直保持持續(xù)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),，離不開各國(guó)政府對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)力支持。以我國(guó)為例,，3D打印被列入了863科技計(jì)劃,、《中國(guó)制造2025》等國(guó)家戰(zhàn)略，僅在2017年,，我國(guó)就出臺(tái)了8項(xiàng)對(duì)3D打印的支持政策,。在《增材制造（3D打印）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）》中明確規(guī)定,，年均增速達(dá)到30%以上,，2020年增材制造產(chǎn)業(yè)銷售收入超過(guò)200億元人民幣。由此可見,， 3D打印對(duì)未來(lái)工業(yè)的重要性不言而喻,。

2020年亞洲3D打印、增材制造展覽會(huì)（TCT Asia 2020）現(xiàn)場(chǎng)盛況

（視頻源自：TCT亞洲視角）

一,、什么是3D打印

3D打印又稱為增材制造,，是20世紀(jì)80年代末期興起的一種快速成型技術(shù)，它是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),，將粉末狀金屬或塑料等可粘合材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù),，對(duì)傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線,、工廠模式,、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，是制造業(yè)具有顛覆性的成型技術(shù),。

與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比,，3D打印不需要預(yù)先制造模具，在制造過(guò)程中不需要去除大量的材料,，也不需要通過(guò)復(fù)雜的鍛造過(guò)程就能獲得最終產(chǎn)品,。因此，在生產(chǎn)中可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,、節(jié)約材料和降低能耗,。3D打印技術(shù)適用于新產(chǎn)品開發(fā)、快速單件和小批量零件制造,、復(fù)雜形狀零件制造,、模具設(shè)計(jì)和制造以及難加工材料制造,、形狀設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、裝配檢驗(yàn)和快速逆向工程,。因此,，3D打印行業(yè)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外的重視，并將成為下一個(gè)具有廣闊發(fā)展前景的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè),。

二,、3D打印發(fā)展歷程

1986年，美國(guó)科學(xué)家Charles Hull開發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī),。

1993年,，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)專利。

1995年,，美國(guó)ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得唯一授權(quán)并開始開發(fā)3D打印機(jī),。

2005年，市場(chǎng)上首個(gè)高清晰彩色3D打印機(jī)Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功,。

2010年11月,，美國(guó)Jim Kor團(tuán)隊(duì)打造出世界上第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問(wèn)世。

2011年6月6日,，發(fā)布了全球第一款3D打印的比基尼,。

2011年7月，英國(guó)研究人員開發(fā)出世界上第一臺(tái)3D巧克力打印機(jī),。

2011年8月,，南安普敦大學(xué)的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機(jī)。

2012年11月,，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織,。

2013年10月，全球首次成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術(shù)品,。

“ONO之神”（圖片源于：雅昌藝術(shù)網(wǎng)）

2013年11月,，美國(guó)德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”設(shè)計(jì)制造出3D打印金屬手槍。

2018年12月10日,，俄羅斯宇航員利用國(guó)際空間站上的3D生物打印機(jī),，設(shè)法在零重力下打印出了實(shí)驗(yàn)鼠的甲狀腺。

2019年1月14日,，美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校首次利用快速3D打印技術(shù),，制造出模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的脊髓支架。

2019年4月15日,，以色列特拉維夫大學(xué)研究人員以病人自身的組織為原材料,，3D打印出全球首顆擁有細(xì)胞、血管,、心室和心房的“完整”心臟,。

2019年10月13日,，河北工業(yè)大學(xué)用3D打印技術(shù)成功在校區(qū)內(nèi)復(fù)制并裝配了具有1400多年歷史的趙州橋，為古跡修復(fù)做出了有益嘗試,。

2020年5月5日,，中國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭上搭載的“3D打印機(jī)”，在太空中開展連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D打印實(shí)驗(yàn),。這是人類首次實(shí)現(xiàn)太空3D打印實(shí)驗(yàn)。

長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭

三,、全球3D打印主要國(guó)家市場(chǎng)份額

全球3D打印主要集中在美,、德、中,、日,、英等幾個(gè)國(guó)家，2019年市場(chǎng)份額分布圖如下：

四,、3D打印產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

3D打印產(chǎn)業(yè)主要包括3D打印材料,、3D打印設(shè)備及3D打印服務(wù)三個(gè)方面。在2019年全球3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模中,，三者占比分別為24.1%,、44.3%和31.6%。

3D打印材料是3d打印技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),。在某種程度上,，材料的發(fā)展決定了3D打印能否得到更廣泛的應(yīng)用。

目前,，3D打印材料主要包括工程塑料,、光敏樹脂、橡膠材料,、金屬材料,、陶瓷材料、彩色石膏材料,、人工骨粉,、細(xì)胞生物材料、砂糖等,，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,，材料的種類還會(huì)越來(lái)越豐富。

3D打印作為一種新興的制造技術(shù),，目前,，國(guó)內(nèi)尚未制訂出3D打印材料標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)范,、零件性能標(biāo)準(zhǔn)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)標(biāo),，但對(duì)于粉末類3D打印材料,，業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成了一些評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要有化學(xué)成分,、粒度分布,、粉末球形度、流動(dòng)性,、松裝密度等,，其中，化學(xué)成分和粒度分布是最常用的兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),。

歐美克Topsizer Plus激光粒度分析儀

對(duì)于不同的3D打印技術(shù),，對(duì)于粉末材料的粒度分布要求也不同，比如,，以激光作為能量源的打印機(jī),，因其聚焦光斑精細(xì)，較易熔化細(xì)粉,，適合使用15~53μm或5~25μm的粉末作為耗材,，因?yàn)榇肆６确秶鷥?nèi)的粉末既有良好的流動(dòng)性，又較易熔化,；以等離子束作為能量源的打印機(jī),，聚焦光斑略粗，更適于熔化粗粉,，適合使用53~105μm的粉末作為耗材,。

3D打印行業(yè)普遍采用歐美克激光粒度分析儀測(cè)試粉體材料的粒徑分布，歐美克激光粒度分析儀具有動(dòng)態(tài)測(cè)試范圍寬及測(cè)試結(jié)果真實(shí)性,、重復(fù)性,、再現(xiàn)性、分辨力和靈敏度高等特點(diǎn),，是3D打印材料理想的粒徑分布測(cè)試儀器,。